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전기자동차용 고효율 승압형 DC/DC 컨버터 개발
Development Of High Efficiency Boost DC/DC Converter For EV 원문보기

전력전자학회 논문지 = The Transactions of the Korean Institute of Power Electronics, v.15 no.2, 2010년, pp.127 - 133  

최미선 (전남대 전기공학과) ,  송성근 (전자부품연구원 디지털컨버전스연구팀) ,  박성준 (전남대 전기공학과) ,  김대경 (전자부품연구원 디지털컨버전스연구팀) ,  김용구 (한국폴리텍V대학 전기계측제어과)

초록
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본 논문에서는 전기자동차용 리액터리스 고효율 승압형 DC/DC컨버터를 제안한다. 제안한 컨버터는 1차측 Full Bridge의 모든 스위치에서 영전류 스위칭을 적용하여 턴 온/턴 오프시 스위칭 소자에 생기는 전력 손실을 감소시키므로서 효율을 개선한다. 그리고 ZCS(Zero Current Switching)를 위한 L-C공진 회로 중 리액턴스 성분을 1, 2차 절연을 위한 고조파 변압기의 누설인덕턴스 성분으로 대체함으로서 별도의 리액터를 추가하지 않기에 시스템 사이즈 및 비용을 줄일 수 있다. 제안된 컨버터의 타당성 검증을 위하여 본 논문에서는 PSIM을 이용하여 시뮬레이션을 수행하였으며 실제 5[KW]급 DC/DC컨버터를 제작하여 실험을 수행하였다. 실험결과 제안된 컨버터의 효율이 매우 우수함을 확인하였다.

Abstract ▼ AI-Helper 아이콘AI-Helper

In the paper, reactorless high efficiency boost DC/DC converter for EV is proposed. In proposed converter, improves efficiency because decrease power loss when the switches are turned on/off using zero current switching (ZCS) at all switch of primary full bridge. By replacing reactance ingredients o...

주제어

#DC/DC converter   #ZCS   #Full-bridge   #EV   #Resonance circuit  

AI 본문요약
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* AI 자동 식별 결과로 적합하지 않은 문장이 있을 수 있으니, 이용에 유의하시기 바랍니다.

문제 정의

  • 본 논문에서는 전기자동차 구동을 위한 승압형 5[KW]급 고효율 절연형 DC/DC컨버터를 제안하였다. 제안된 방식은 ZCS를 이용한 소프트 스위칭으로 스위치 과도손실을 최소화하였으며 L-C 공진을 위한 리액터와 커패시터를 절연형 변압기의 누설리액터와 배압 회로의 커패시터로 대체함으로써 그 구조가 간단하다.
  • 이에 본 논문에서는 고승압을 위해 출력단에 다이오드와 콘덴서의 배압회로를 이용하는 절연형 DC/DC 컨버터를 제안하며 4배의 승압을 위해 2개의 배압회로를 직렬연결한 형태의 새로운 방식의 절연형 DC/DC 컨버터를 제안한다. 제안한 방식의 경우 향후 자동차의 회생제동을 고려해 컨버터의 입출력 특성을 같게하기 위해 변압기의 비를 1:1로 유지하였다.
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질의응답

핵심어 질문 논문에서 추출한 답변
전기자동차용 리액터리스 고효율 승압형 DC/DC컨버터의 장점은? 본 논문에서는 전기자동차용 리액터리스 고효율 승압형 DC/DC컨버터를 제안한다. 제안한 컨버터는 1차측 Full Bridge의 모든 스위치에서 영전류 스위칭을 적용하여 턴 온/턴 오프시 스위칭 소자에 생기는 전력 손실을 감소시키므로서 효율을 개선한다. 그리고 ZCS(Zero Current Switching)를 위한 L-C공진 회로 중 리액턴스 성분을 1, 2차 절연을 위한 고조파 변압기의 누설인덕턴스 성분으로 대체함으로서 별도의 리액터를 추가하지 않기에 시스템 사이즈 및 비용을 줄일 수 있다. 제안된 컨버터의 타당성 검증을 위하여 본 논문에서는 PSIM을 이용하여 시뮬레이션을 수행하였으며 실제 5[KW]급 DC/DC컨버터를 제작하여 실험을 수행하였다.
고압전원 시스템의 문제점은? 이와 같이 전기모터의 구동비율이 증가함에 따라 손실 및 모터설계의 이점을 고려하여 트렉션모터에 사용되는 전압은 300[V] 이상의 고압위주로 사용되고 있다. 그러나 이와 같은 고압전원 시스템은 인체 감전 등의 문제가 있으므로 NEV (Neighborhood Electric Vehicle) 와 같은 시스템에서는 전원으로 최대 70[V]대의 낮은 배터리를 사용한다. 이와 같은 안전과 효율적인 측면으로 인하여 배터리는 낮은 전압을, 모터는 높은 전압을 사용하고 있으며 이는 최소 4배 이상의 승압형 DC/DC 컨버터의 개발이 필수적이라 할 수 있다[3 - 4].
자동차의 경우 전체CO2 배출량의 몇 %를 차지하는가? 이와 같이 전기의 생산 및 내연기관 구동을 위해서는 화석연료를 사용해야 하며 이로 인한 환경문제는 더욱 심각해지고 있는 실정이다. 근래 세계적으로 이와 같은 환경문제를 조금이나마 해소하기 위해 지구환경 파괴의 주범인 CO2 저감을 위한 노력이 진행 중에 있으며 특히 자동차의 경우 전체 CO2 배출량의 50[%]이상을 차지하고 있어 이를 줄이고자 하는 노력이 전 세계적으로 활발히 진행 중이다. 이와 같은 노력으로는 크게 자동차의 연비 개선 및 전기자동차의 도입이 있으며 근래에는 내연기관 및 전기모터를 모두 사용하는 하이브리드 형태의 자동차 개발이 이루어져 연비개선을 효과적으로 이루고 있다.
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참고문헌 (5)

  1. Toyota Environmental Technology Report "Toyota Hybrid System THS II". 

  2. I.A. Khan, "DC-to-DC Converters for Electric and Hybrid Vehicles", Power Electronics in Transportation, 20-22, pp. 113-122, 1994, Oct. 

  3. 박성식, 최세완, 최우진, 이교범, "고승압비와 넓은 ZVS영역을 갖는 비절연 DC-DC컨버터", 전력전자학회 논문지, 제14권 제4호, pp. 315-322, 2009. 8. 

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  4. 김표수, 박성식, 최세완, "고 배전압을 위한 비절연형 DC-DC컨버터", 2009년도 전력전자학술대회 논문집, pp.387-389, 2009. 7. 

  5. 손경종, 송성근, 최준호, 문채주, 김광헌, 임영철 " 영전압영전류 스위칭을 이용한 연료전지용 전력변환시스템", 전력전자학회 논문지, 제11권 제4호, pp.385-394, 2006. 8. 

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